電網節點選址優化法研究

崔宇輝，李建輝，邊建偉

1.輝縣市電業局，河南新鄉 453600

2.封丘縣電業局，河南新鄉 453600

0 引言

電網建設是我國在21世紀發展的重要領域和新經濟增長基礎工業，電網節點是現代電網運行建設的重要組成部分，其上是發電廠電源點、電網電源點，其下是電力客戶。電力的輸變配在整個電網運行建設過程中，與購電、輸電配送、無功管理、電能質量管理、線損管理和電網運行建設環節一樣，成為電網運行建設的基本功能之一，起到承上啟下的作用。電網節點規模龐大，地處要塞，其建設和經營不僅會影響到周邊地區，甚至影響到整個城市的經濟發展，并且對所處區域的生態環境等都會帶來重大影響。如何綜合考慮地理位置、道路狀況、輸電配送距離、輸電配送環節、輸電配送線路選擇、輸電配送時效、輸電配送成本等因素，科學選擇規劃電網節點數量與位置將直接影響電網運行建設成本與電力輸電配送服務質量。

因此，在電網節點的投資建設之前進行周密詳細的規劃設計十分必要，而電網節點的選址則在其規劃設計中占據核心地位，它不僅影響著電網節點的經營方式，而且也對電網節點的網絡布局、經營收益率有著至關重要的決定性作用。從某種程度上來說，電網節點選址的優劣，影響著電網節點經營的成敗。

1 電網節點選址基礎概述

電網節點選址問題是電網運行建設配送研究的核心問題。傳統的選擇一般只是粗略考慮離負荷中心的遠近、進出線方便、地形地貌、電網負荷容量等因素，缺乏科學有效的標準化評價方法與工具。

關于這方面的研究，國內外已經有許多專家學者提出了很多模型。其中重心法模型屬于連續選址模型，它計算簡單，電網節點地點的選址是不加特定限制，有自由選擇的長處。與此同時，重心法模型的自由度過多，它認為輸送費用只與電網節點與低壓臺區分配點之間的直線距離成正比，而且假定不同地點的建設、管理與輸送費用相同，這顯然與電力生產的實際不符。得到的選址結果往往不是最優的。針對這些問題，在考慮這些因素的情況下建立電網節點選址模型。

在普通的模型構建中，通常采用“費用”一詞，而在日常的電力工作中，主要使用“成本”一詞。在本文中，主要使用電力研究中常見的“成本”來替代費用，在某些模型敘述中，仍沿用“費用”一詞。

2 電網節點選址方法

2.1 電網節點選址的一般方法

1）解析方法；2）最優化規劃方法；3）啟發式方法；4）仿真方法；5）綜合因素評價法；6）專家選擇法；7）模擬法。

2.2 電網節點選址的重心法

對于單一電網節點進行選址時，重心法是一種有效的方法。按重心法的表面意義理解，是將各分銷點視為重量的質點，令運輸量與運輸費率之積為各質點的等效重量，重心是到各點距離最短的點，從而將尋求電網節點的選址問題轉化為求重心坐標的問題。

2.3 電網節點選址的CFLP法

當電網節點的能力有限制，這里我們可以看做電網節點的已完全確定的情況下，可采用CFLP法，從電網節點的備選地點中選出總費用最小的由多個電網節點（此處數值為假設值）組成的配電輸送系統。

2.4 電網節點選址的Baumol - Wolfe 法

Baumol-Wolfe 模型是在CFLP 模型的基礎上，綜合考慮了電網節點無功空載等損耗成本。該方法假定電網節點的候選位置及其變動、固定存儲成本已知，求解電網節點的個數、大小和位置，以使輸電配送成本和無功管理成本之和最小。實際上在原始的CFLP模型中，存在存儲成本這一概念，基于商品的特性與共性，我們可以看到電網無功具有與靜置的商品基本類似的特點，因此在這里我們將無功損耗成本替換掉存儲成本。

3 電網節點選址重心法模型改進

3.1 模型的假設

設有n個用戶端,它們各自的坐標是(xi,yi),(i=1,2…n )，電網節點的坐標是（x,y），假設如下：1）運輸費用只與電網節點和輸送目標客戶的直線距離有關，不考慮電網潮流方向與運行方式；2）選擇電網節點時，不考慮電網節點所處地理位置的物業建設費用；3）各需求點的需求量已知；4）可以估計各個備選電網節點的固定費用（包括基本建設費和固定經營費）；5）可以估計經營管理產生的可變費用，并在總費用中加以考慮。

3.2 模型的建立

建立如下模型：

在這個模型中，考慮了各個備選電網節點的固定費用（包括基本建設費和固定經營費）以及輸配電過程中的可變費用，這樣與實際情況更加接近。第一個式子是普通的重心法模型，第二個式子將電網節點的輸電配送費用分成了三部分，即輸送費用、固定費用和可變費用，并根據經驗分別賦予它們一定的權數，這樣計算比較得到的最優解更具有現實意義。

3.3 模型的計算

采用迭代法，通過迭代，得到各個備選的電網節點Ii。迭代法（Iterative Method）是數值分析的過程中，以一個初始估計為出發點，尋找一系列近似解來解決問題（一般是解方程或者方程組）的整個方法。一般來說，迭代法的算法定義可以表述為：在已給定的線性方程組x=Bx+f中（方程組中的x、B、f同是矩陣，而任意線性方程組都可以變換成此形式），用公式x(k+1）=Bx(k)+f（括號中為“Bx”的上標，代表迭代k次得到的x，初始時k=0)逐步帶入求近似解的方法稱為迭代法（或稱一階定常迭代法）。如果k趨向無窮大時limx（k）存在，記為x*，稱此迭代法收斂。由此可以得出此方程組的解就是x*，否則稱為迭代法發散。

3.4 重心坐標的求解

按重心法，將各配送點視為有質量的點為各質點的等效重量，中心是到各質點距離最短的點。這樣，尋求電網節點的地址問題，轉化成求重心坐標的問題。根據重心法的思路，可以容易求出重心坐標。

4 結論

傳統的講，電網節點需要有一定的供電半徑，大城市城區里的電網節點的供電半徑一般都在2km～3km以內，小城市一般在5km以內。在建設時還需要有進出線的線路走廊 需要有相應的空地。諸多不同情況的存在使得選址的設計與施工面臨諸多非標準化的困惑，通過建立一個科學的模型，使用重心法，僅需考慮電力用戶端總體覆蓋區域，即可計算得到具有重要參考價值的電網節點坐標。在今后的電力生產中，可以作為一條科學標準得到應用。

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